具有热补偿的结构光扫描系统的制作方法

1.本发明是有关一种结构光扫描(structured-light scanning)系统，特别是关于一种具有热补偿的结构光扫描系统。


背景技术：

2.结构光扫描是一种投射光图案(pattern of light)至场景的程序。反射图案由相机撷取，经处理(例如使用三角测量法处理)后，以重建场景当中物件的三维或深度图(depth map)。结构光扫描可适用于物件侦测，以侦测数字影像或视讯当中特定类别的物件。特别的是，结构光扫描可适用于移动装置(例如移动电话)的保全机制的脸部侦测，其为物件侦测的其中一种，用以侦测正面人脸。
3.然而，结构光扫描系统的元件易受到温度改变而变动、漂移或变形。这些变动会扭曲投射的光图案，因而降低侦测准确度。例如，温度改变会造成光源波长的变动、透镜的有效焦距的漂移及印刷电路板的变形。
4.因此亟需提出一种新颖机制，以补偿结构光扫描系统的热效应。


技术实现要素：

5.鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种可补偿热效应的结构光扫描系统。
6.根据本发明实施例，具有热补偿的结构光扫描系统包含结构光投影机、影像感测器及数字处理单元。结构光投影机用以产生预设的投射光图案，该投射光图案投射至物件并反射，因而形成反射光图案。影像感测器用以撷取反射光图案。数字处理单元根据反射光图案与相关于目前温度的补偿投射图案，以产生深度图。根据另一实施例，数字处理单元根据反射光图案、参考投射图案及相关于目前温度的位移图，以产生深度图。
7.较佳地，更包含支架，用以支持该结构光投影机与该影像感测器。
8.较佳地，更包含内存装置，用以储存相关于不同温度的多个补偿投射图案，该数字处理单元自其中取得相关于目前温度的补偿投射图案。
9.较佳地，该数字处理单元包含缓冲器，用以暂存相关于目前温度的补偿投射图案。
10.较佳地，该数字处理单元包含控制器，用以控制该缓冲器以取得相关于目前温度的补偿投射图案。
11.较佳地，该数字处理单元包含深度解码器，其根据相关于目前温度的补偿投射图案与该反射光图案，以产生该深度图。
12.较佳地，更包含热感测器，用以测量目前温度。
13.较佳地，该热感测器设于该结构光投影机内或邻近该结构光投影机。
14.本发明是一种具有热补偿的结构光扫描系统，包含：结构光投影机，用以产生预设的投射光图案，该投射光图案投射至物件并反射，因而形成反射光图案；影像感测器，用以撷取该反射光图案；及数字处理单元，根据该反射光图案、参考投射图案及相关于目前温度
的位移图，以产生深度图；其中该参考投射图案相关于参考温度，且该相关于目前温度的位移图代表相关于目前温度的补偿投射图案与该参考投射图案之间的点位移。
15.较佳地，更包含支架，用以支持该结构光投影机与该影像感测器。
16.较佳地，更包含内存装置，用以储存该参考投射图案及相关于不同温度的多个位移图。
17.较佳地，该数字处理单元包含缓冲器，用以暂存该参考投射图案及相关于目前温度的位移图。
18.较佳地，该数字处理单元包含控制器，用以控制该缓冲器以取得该参考投射图案及相关于目前温度的位移图。
19.较佳地，如果缺少与目前温度匹配的位移图，则对二个位移图进行内插运算，以得到相关于目前温度的位移图。
20.较佳地，该数字处理单元包含深度解码器，其根据该反射光图案、该参考投射图案及相关于目前温度的位移图，以产生该深度图。
21.较佳地，更包含热感测器，用以测量目前温度。
22.较佳地，该热感测器设于该结构光投影机内或邻近该结构光投影机。
23.较佳地，该数字处理单元包含内插器，以相关于目前温度的位移图来对该参考投射图案进行影像扭转运算，借以产生相关于目前温度的补偿投射图案。
24.借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点效果：本发明能够补偿热效应。
附图说明
25.图1显示本发明实施例的具有热补偿的结构光扫描系统的方框图。
26.图2a显示本发明第一实施例的校正阶段的流程图，以产生及储存相关于不同温度的补偿投射图案。
27.图2b例示产生及储存相关于不同温度的补偿投射图案于内存装置。
28.图2c显示本发明第一实施例的深度解码阶段的流程图，以取得相关于目前(周边)温度的补偿投射图案并据以产生深度图。
29.图3a显示本发明第二实施例的校正阶段的流程图，以产生及储存相关于参考温度的参考投射图案及相关于不同温度的位移图。
30.图3b例示产生及储存相关于参考温度的参考投射图案及相关于不同温度的位移图。
31.图3c显示本发明第二实施例的深度解码阶段的流程图，以取得相关于参考温度的参考投射图案及相关于目前(周边)温度的位移图并据以产生深度图。
32.图3d显示产生补偿投射图案的硬件架构。
33.【主要元件符号说明】
34.100：具有热补偿的结构光扫描系统11：结构光投影机
35.12：影像感测器13：支架
36.14：热感测器15：内存装置
37.16：数字处理单元161：缓冲器
38.162：深度解码器163：控制器
39.164：内插器21：处于周边温度
40.22：获得相应补偿投射图案23：储存于内存装置
41.24：改变周边温度25：温度是否位于预设范围内
42.26：读取目前温度27：取得相应补偿投射图案
43.28：产生深度图31：处于参考温度
44.32：获得参考投射图案33：处于周边温度
45.34：获得相应位移图35：储存于内存装置
46.36：改变周边温度37：温度是否位于预设范围内
47.38：读取目前温度39：取得参考投射图案与相应位移图
48.40：产生深度图gt：补偿投射图案
49.dm：位移图
具体实施方式
50.图1显示本发明实施例的具有热补偿的结构光扫描系统100的方框图。
51.在本实施例中，具有热补偿的结构光扫描系统(以下简称系统)100可包含结构光投影机11，用以产生预设的投射光图案。投射光图案投射至物件(未显示)并反射，因而形成反射光图案。
52.本实施例的系统100可包含影像感测器12，例如相机，用以撷取反射光图案。
53.在一实施例中，系统100可包含支架13(又称固定件(immobilizer))，例如印刷电路板，用以支持结构光投影机11与影像感测器12，以保持结构光投影机11与影像感测器12的相对位置。
54.根据本实施例的特征之一，系统100可包含热感测器14(又称为温度感测器)，用以测量目前(周围)温度，据以执行热补偿。在一实施例中，鉴于结构光投影机11易遭受温度上升或降低，因此热感测器14可设于结构光投影机11内或邻近结构光投影机11。一般来说，热感测器14可设于系统100的任何位置以测量周围温度。
55.根据本实施例的另一特征，系统100可包含内存装置15，例如快闪(flash)内存或唯读内存，用以提供(预设)补偿投射图案，其相关于目前温度。在一实施例中，相关于不同温度的多个补偿投射图案储存于内存装置15。在另一实施例中，相关于参考温度(例如室温)的参考投射图案以及相关于不同温度的多个位移图(displacement map(dm))储存于内存装置15，其中位移图(dm)代表相应补偿投射图案与参考投射图案之间的点位移。
56.本实施例的系统100可包含数字处理单元16，根据(来自影像感测器12的)反射光图案与相关于目前温度的补偿投射图案，以产生(补偿)深度图。其中，数字处理单元16可包含缓冲器161，例如随机存取内存(ram)，用以暂存相关于目前温度的补偿投射图案。
57.数字处理单元16可包含深度解码器(depth decoder)162，其根据(相关于目前温度的)补偿投射图案与(来自影像感测器12的)反射光图案，以产生(补偿)深度图。可使用传统深度解码技术以得到深度图，其细节予以省略。
58.数字处理单元16可包含控制器163，用以控制缓冲器161与深度解码器162的操作(如虚线所示)，协调结构光投影机11与影像感测器12(如虚线所示)，且根据(接收自热感测器14的)目前温度，自内存装置15获得(相关于目前温度的)补偿投射图案。
59.图2a显示本发明第一实施例的校正(calibration)阶段的流程图，以产生及储存相关于不同温度的补偿投射图案。
60.在步骤21，系统100处于周边温度，且在步骤22，获得相应补偿投射图案，使得深度解码器162可产生(预设)目标深度图。在步骤23，储存补偿投射图案于内存装置15。在步骤24，改变(例如增加)周边温度。当改变后的温度仍位于预设范围内(步骤25)，则流程回至步骤21。借此，相关于不同温度的补偿投射图案可储存于内存装置15。如果补偿投射图案与装置无关(device-independent)，则校正阶段仅须执行一次，否则须针对个别装置分别进行校正阶段。
61.图2b例示产生及储存相关于不同温度的补偿投射图案于内存装置15。在这个例子中，在校正阶段，产生及储存相关于周边温度20、25及60度(摄氏)的补偿投射图案gt于内存装置15。
62.图2c显示本发明第一实施例的深度解码阶段的流程图，以取得相关于目前(周边)温度的补偿投射图案并据以产生深度图。
63.在步骤26，控制器163读取(热感测器14提供的)目前温度。接着，在步骤27，自内存装置15取得相关于目前温度的相应补偿投射图案，并暂存于缓冲器161。如图2b所例示，取得相关于目前温度60度(摄氏)的相应补偿投射图案，并暂存于缓冲器161。接着，在步骤28，深度解码器162根据(相关于目前温度的)补偿投射图案与(来自影像感测器12的)反射光图案，以产生(补偿)深度图。
64.图3a显示本发明第二实施例的校正阶段的流程图，以产生及储存相关于参考温度的参考投射图案及相关于不同温度的位移图(dm)。
65.在步骤31，系统100处于参考温度，且在步骤32，获得相应参考投射图案，使得深度解码器162可产生(预设)目标深度图。将参考投射图案储存于内存装置15。在步骤33，系统100处于周边温度，且在步骤34，获得相应补偿投射图案与参考投射图案之间的相应位移图。在步骤35，储存位移图于内存装置15。在步骤36，改变(例如增加)周边温度。当改变后的温度仍位于预设范围内(步骤37)，则流程回至步骤33。借此，参考投射图案与相关于不同温度的位移图可储存于内存装置15。
66.图3b例示产生及储存相关于参考温度的参考投射图案及相关于不同温度的位移图。在这个例子中，在校正阶段，产生及储存相关于参考温度(例如25度(摄氏))的参考投射图案于内存装置15，且产生及储存相关于周边温度20、60度(摄氏)的位移图dm于内存装置15。
67.图3c显示本发明第二实施例的深度解码阶段的流程图，以取得相关于参考温度的参考投射图案及相关于目前(周边)温度的位移图并据以产生深度图。
68.在步骤38，控制器163读取(热感测器14提供的)目前温度。接着，在步骤39，自内存装置15取得相关于参考温度的参考投射图案及相关于目前温度的位移图。接着，在步骤40，深度解码器162根据参考投射图案、(相关于目前温度的)位移图及(自影像感测器12的)反射光图案，以产生(补偿)深度图。图3d显示产生补偿投射图案的硬件架构，可使用内插器(interpolator)164(其可设于数字处理单元16内)，以位移图来对参考投射图案进行影像扭转(warping)运算，借以产生补偿投射图案。
69.接下来，深度解码器162根据补偿投射图案与(来自影像感测器12的)反射光图案，
以产生深度图。值得注意的是，如果缺少与目前温度匹配的位移图，则可对稍大于目前温度的位移图与稍小于目前温度的位移图进行内插(interpolation)运算，以得到相关于目前温度的位移图。如图3b所例示，对温度20度(摄氏)的位移图与温度60度(摄氏)的位移图进行内插运算，可得到相关于目前温度40度(摄氏)的位移图。
70.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。